钻屑瓦斯解吸指标K_1影响因素理论分析

工作面突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出的一个重要环节,提高预测指标测定的准确性对于减少"低指标突出"现象,保证安全生产有重要意义。钻屑解吸指标K1是工作面煤与瓦斯突出预测的重要指标之一。基于扩散理论和钻屑瓦斯解吸指标K1物理意义建立了K1的数学表达式,根据该式研究了瓦斯压力、损失时间、煤粒粒度、扩散系数对K1的影响。结果表明:钻屑解吸指标K1与瓦斯压力呈幂指数关系;相同条件下,损失时间越长测得的K1越小,并且钻屑的粒度越小表现越明显;扩散系数表征瓦斯绕过微孔和煤基质的能力,相同条件下扩散系数越大测得的K1越大;煤粒粒度对K1的影响较大,现场测定过程中煤粒粒度组成对获得真实的K1和准确的临界值至关重要。     

时间因素对钻屑瓦斯解吸指标K1值测定的影响分析

针对时间因素对钻屑瓦斯解吸指标K1测定结果的影响,采用恒温瓦斯放散试验深入分析钻屑瓦斯解吸指标K1测定理论的准确性,总结因时间因素导致K1值测定误差所带来的现场问题。研究结果表明:K1值的测定误差与时间关系密切,测定启动时间越晚,误差越大;测定启动时间由第1 min延后至第2 min,绝对误差和相对误差最大值分别增加0.081 cm3/(g·min1/2)和2.20%;高瓦斯压力条件矿井或煤层的局部高瓦斯压力区域、构造煤发育区的钻屑瓦斯解吸指标K1值测定结果偏低,测定误差偏大。研究结果可为煤与瓦斯突出预测水平的提升提供技术支撑。     

煤屑暴露初期较长时间段瓦斯解吸规律的试验研究

为了解决长钻孔取样暴露时间长、损失瓦斯量推算误差偏大的问题,采用自主研发的试验系统对煤屑暴露初期长时间段内的瓦斯解吸规律进行试验研究,找出了极限瓦斯解吸量与吸附平衡压力的关系,并对Qt=K t和Qt=Q∞(1-eλt+A)两个理论公式在不同时间段内的拟合效果和损失量推算误差进行对比。结果表明,两公式在不同时间段内的拟合效果显著,决定系数均在0.94以上。从损失瓦斯量的推算误差来看,前者在30 min内的推算误差较小,相对误差最大值小于7%,但随拟合时间段的向后推移,推算误差越来越大,最小值在40%以上;后者在30 min内的推算误差较大,相对误差都在24%以上,而在30~70 min和70~120 min内的推算误差较小,相对误差都在11%以下。因此,前者适合煤样暴露短时间内损失瓦斯量的推算,后者则适用于暴露长时间后的损失瓦斯量推算,联合两个公式,按时间段推算损失瓦斯量,就可以减少长时间段内的计算误差。     

高压注水中水对瓦斯解吸影响试验研究

为了解高压注水后水对含瓦斯煤中瓦斯解吸的影响,利用自主设计的外液侵入条件下瓦斯解吸试验装置,在环境温度为20℃条件下,分别开展了无水侵入和有水侵入后水对含瓦斯煤中瓦斯解吸影响的对比试验,其瓦斯吸附平衡压力分别为2.5MPa,2.0MPa,1.5MPa,1.0MPa,而环境压力则分别为2.0MPa,1.5MPa,1.0MPa,0.5MPa,瓦斯吸附平衡压力与所处的环境压力之差均为0.5MPa,共进行了四组对比试验,并对试验数据进行了对比分析。结果表明:水的后置侵入不仅会使瓦斯解吸量大大减少,而且还会使瓦斯解吸的终止时间提前。因此,在评价高压注水对提高瓦斯抽采效果时,不仅要考虑高压水对煤层的增透作用以及对瓦斯的驱动作用,还应综合考虑水对瓦斯解吸的损害影响。     

常用经验模型预测煤屑瓦斯解吸量对比分析

为研究常用瓦斯解吸经验模型对解吸量预测准确性,基于容量法试验测定长时间的煤屑瓦斯累计解吸量,通过截取不同时段的瓦斯解吸量数据回归拟合得到常用解吸经验模型参数,并将其代入模型中计算出瓦斯解吸量与试验测定量进行对比。研究结果表明:各常用经验模型公式对不同时间段数据拟合都表现出较好的效果;巴雷尔式不适合用于煤屑的瓦斯解吸预测;指数型经验模型公式计算得到曲线受制于拟合数据时间段长短,在拟合时间段后很快趋于平直而低估累计瓦斯解吸量;乌斯季诺夫式适合用于短时间煤屑瓦斯解吸数据推算长期瓦斯解吸量;重庆-文特式适合用于预测短期瓦斯解吸量,而利用较长时间段瓦斯解吸量数据推算煤屑瓦斯解吸量宜采用艾黎式。该研究成果对于煤的瓦斯涌出及煤层气产能预测有着重要实际意义。     

水分润湿过程中煤中瓦斯解吸规律试验

为了深入探讨水分对煤中瓦斯解吸特性的影响,采用试验和理论分析相结合的方法,按照原煤的固有粒度配比加工制作型煤,充分干燥后使其吸附平衡以模拟原始煤体,然后利用自制的试验装置实现水分自然进入含瓦斯煤,再测试水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内的瓦斯压力变化情况。结果表明:水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内瓦斯压力不断升高,水分能置换出煤中吸附瓦斯;相同吸附平衡压力下,煤样含水率越高,水分占据的有效吸附位越多,累计瓦斯解吸量越大,当煤样含水率达到煤的极限吸水率时,累计瓦斯解吸量达到极限值;同一含水率条件下,随吸附平衡压力增长,煤样吸附饱和度逐渐增加,水分越难进入煤体内部细微孔隙,造成累计瓦斯解吸量逐渐增加,但增幅逐渐减小,随吸附平衡压力不断升高,极限瓦斯解吸量趋于一定值。     

铁磁流体对煤粒瓦斯解吸性能影响实验研究*

为探究铁磁流体对煤体瓦斯解吸性能的影响,采用水浴恒温吸附解吸系统,开展0.44,0.65,1.14 MPa 3组不同平衡压力下加铁磁流体前后的瓦斯解吸对比实验,根据Langmuir方程经验公式计算瓦斯极限解吸量和初始扩散系数,分析铁磁流体对煤体瓦斯解吸影响的机理。结果表明:在3组不同平衡压力下加入铁磁流体后瓦斯极限解吸量由2.5,10,20 mL/g降低为2.22,3.33,10 mL/g,降低11.2%,66.7%,50%;初始扩散系数由0.997 1,1.629 9,3.888 3 μm2·s降低为0.685 5,0.997 1,2.933 5 μm2·s,降低31.25%,38.82%,24.56%。在铁磁流体的作用下,煤体瓦斯解吸性能得到大幅降低。     

煤粒瓦斯解吸温度变化影响因素及与突出的关系研究

基于扩散理论和热力学基本原理建立了瓦斯解吸过程温度变化公式,以及温度变化与瓦斯膨胀能、瓦斯解吸量的关系式,在此基础上研究了煤粒粒度、瓦斯压力、吸附常数a、扩散系数对解吸过程温度变化的影响及温度变化与煤与瓦斯突出的关系.结果表明:随煤粒粒度减小,瓦斯压力、瓦斯含量增大,扩散能力增强,瓦斯解吸引起的温度下降幅度增大.随解吸过程中温度降低,瓦斯解吸量、瓦斯膨胀能呈明显增大趋势,由此可见,解吸过程中温度下降幅度越大,煤层煤与瓦斯突出危险性越大.     

水分对煤中瓦斯放散初速度影响研究

为了研究水分对煤中瓦斯放散初速度的影响,对水分含量分别为3%,5%及7%的不同粒径的煤样进行了测定,绘制了不同粒径煤中瓦斯放散初速度随水分变化的曲线图,并从煤对瓦斯的吸附、解吸特性及渗透率等方面深入全面地分析了产生该曲线变化趋势的原因。     

热效应对焦煤甲烷解吸迟滞特征的影响研究*

为揭示煤中甲烷气体的储运机制,选取井下煤样研究不同温度条件下甲烷气体的等温吸附解吸实验。基于Langmuir模型、等量吸附热计算模型和解吸迟滞系数对实验数据进行分析,研究煤中甲烷气体解吸迟滞现象的热力学特征。结果表明:随温度升高,Langmuir模型得到的吸附常数均呈下降趋势;甲烷解吸迟滞现象明显,迟滞程度随温度升高缓慢下降;受解吸迟滞效应影响,相邻温度区间内吸附曲线的等量吸附热较为相近,不同温度区间内解吸曲线的等量吸附热高于吸附曲线,差异显著;解吸迟滞现象影响煤层甲烷含量预测的准确性,并且解吸曲线的热力学特征规律性较差。     

水的后置侵入对瓦斯解吸影响试验研究

利用自主设计的外液条件下瓦斯解吸试验装置,首次进行了无水侵入和外来水侵入后含瓦斯煤的瓦斯解吸对比试验.共进行6组,瓦斯吸附平衡压力分别为3.5 MPa、3.0 MPa、2.5 MPa、2.0 MPa、1.5MPa、1.0MPa,环境压力分别为3.0 MPa、2.5 MPa、2.0 MPa、1.5 MPa、1.0MPa、0.5 MPa,含瓦斯煤的内外压力差为0.5 MPa,获得了相关试验数据以及6组瓦斯累积解吸量变化对比曲线.结果表明,在对含瓦斯煤实施水力压裂后,外来水的后置侵入不仅会使瓦斯解吸量大大减少,而且还会使瓦斯解吸的终止时间提前;在压差为0.5 MPa条件下,有水侵入后的瓦斯解吸量仅为无水侵入时瓦斯解吸量的23％～45％,平均降低了67.5％,同时瓦斯解吸终止时间提前约1h.水的后置侵入对瓦斯解吸具有损害作用,该损害作用源于水在孔隙中形成的毛细管阻力.因此,在评价是否采用水力压裂时,应从煤层渗透率、水驱气、水对瓦斯解吸损害影响3个方面综合考虑.     

水分对不同变质程度煤瓦斯放散初速度的影响研究

为研究不同质量分数水分对煤体瓦斯放散特征的影响规律,选取3种不同变质程度的典型煤样,测试了水分作用下的煤体瓦斯放散初速度,并结合扫描电镜和压汞法研究了煤体孔裂隙分布特征,阐明了水分对煤体瓦斯放散初速度的微观影响机理.结果表明:水分对煤体瓦斯放散初速度起到了明显的抑制作用,煤阶越高,水分的影响程度越大;水分对褐煤、烟煤和无烟煤瓦斯放散初速度影响规律的差异性与煤体孔隙分布有关;随水分质量分数增加,褐煤瓦斯放散初速度表现为先快速降低后缓慢减小,烟煤△p呈线性衰减,无烟煤则表现为先小幅降低后急剧下降.     

不同煤矿噪声暴露时间对视觉认知影响研究

噪声是煤矿井下主要危害,对人体视觉系统的影响不容忽视。为了提高暴露在噪声环境中工人的视觉认知能力,进而减少人因事故的发生,针对视觉认知随噪声暴露时间的变化进行研究,利用Eye Link II眼动仪采集被试者的平均注视时间、平均眼跳幅度和眼跳次数3个眼动指标来衡量视觉认知能力随着综采工作面噪声暴露时间的变化。结果表明:1)噪声能够使视觉注意力下降,对视觉认知效率的影响不显著,对视觉辨识能力的影响较复杂;2)噪声在0~10 min和40~55 min时间段对视觉注意力影响较严重,在0~15 min和50~80 min时间段对视觉辨识能力影响较严重;3)被试者随时间变化出现视觉性疲劳后,噪声可轻微提高视觉认知效率和视觉辨识能力。     

基于压力与温度对损失瓦斯量影响试验研究

为研究取芯管取芯过程中压力与温度对损失瓦斯量的影响,以及t法的偏差,利用自主研发的取芯管取芯过程模拟测试装置,基于模拟试验的相似性,开展不同加热功率下取芯过程模拟试验与室温(30℃)对比,以及变温条件下不同吸附压力取芯过程模拟试验.结果表明:前30 min煤芯瓦斯解吸曲线符合Qt=a+b/[1+(t/t0)c].吸附压...     

软硬煤瓦斯解吸规律及影响因素的实验研究

为了研究软硬煤瓦斯解吸规律,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同变质程度软硬煤的瓦斯解吸实验,对比分析了软硬煤的孔隙结构特征,查明了软硬煤的瓦斯解吸规律及影响因素。研究结果表明:软煤相对于硬煤,具有更多的瓦斯解吸总量和更快的解吸速度,采用幂函数可以较好的描述软硬煤的解吸规律,煤的破坏类型和变质程度是影响瓦斯解吸量的主要因素;软硬煤瓦斯解吸规律的差异性主要受煤的孔隙结构影响,软煤总孔容是硬煤的1.18～2.14倍,且软煤中孔及大孔更为发育,这为瓦斯解吸提供了更优质的通道;软煤相对硬煤在同等条件下变质程度更高,煤吸附甲烷的能力更强,这有利于软煤瓦斯解吸量的增加及解吸速度的加快。研究成果为准确测试煤层瓦斯含量和钻屑解吸指标提供了理论依据。     

综采支架对采空区漏风及瓦斯分布规律的影响

基于多孔介质渗流理论和多组分气体渗流-扩散方程,分别建立有、无综采支架时的采空区渗流和组分传输数学、物理模型,利用Fluent软件,模拟了有、无综采支架两种情况下工作面向采空区的漏风量以及采空区瓦斯体积分数分布规律,分析了综采支架对数值解算结果的影响。结果表明:有综采支架时工作面向采空区漏风量的解算结果明显小于无综采支架时工作面向采空区漏风量的解算结果;在采空区进风侧,有综采支架时瓦斯体积分数的解算结果与无支架时瓦斯体积分数的解算结果相比差别不明显;而在采空区回风侧,有综采支架时瓦斯体积分数的解算结果明显高于无支架时瓦斯体积分数的解算结果,且有综采支架时在采空区回风侧靠近底板处解算得到的瓦斯体积分数更高。     

微波辐照作用对颗粒煤瓦斯解吸特性影响实验研究

为了研究微波场连续-间断辐照作用对颗粒煤瓦斯解吸特性的影响,通过自制的实验装置,分析研究了微波连续-间断作用10 ,20 ,40 s及无微波作用下的构造煤颗粒瓦斯解吸量及解吸速率变化规律,并采用水浴加热装置模拟微波产生的热效应,研究了微波热效应在促进煤粒瓦斯解吸中的影响。实验结果表明:在微波连续作用时间内,瓦斯解吸量和解吸速率均迅速增大,然而随着时间的延长衰减较快,最终瓦斯解吸量趋向于一定值,微波连续-间断辐照作用下的瓦斯解吸量是无微波加载作用下的1.83～3.93倍;微波产生的热效应对瓦斯解吸影响较为显著,权重达82%以上,然而其非热效应的影响也不可忽视。实验方法与结果可望为促进构造瓦斯解吸、降低煤层突出危险性提供参考。     

基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型

利用经典羽流模型计算烟气生成量来设计隧道集中排烟系统的排烟量存在设计量偏小的问题。从火灾烟气控制效果出发,选取排烟效率、烟气蔓延范围、烟气流动速度、人员疏散微环境4个指标,提出一套隧道集中排烟系统的评价指标,构建基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型。通过FDS 5.0对某越江隧道火灾时的各评价指标参数值进行模拟计算,得到该隧道集中排烟系统在20MW火灾时的最适排烟量为140～150 m3/s。研究表明,利用多指标约束的排烟量设计模型可提高隧道集中系统排烟量设计的准确性。